(57)【要約】【課題】高速時のステータスが後処理で出力できる磁気式運動センサを提供する。【解決手段】磁場変化の通過速度を演算する演算手段８と、その通過速度が所定値を上回ったときステータスを通信手段１０からは外部に出力させずに記憶し、磁場変化の通過速度が所定値を下回ったとき上記記憶したステータスを取り出して上記通信手段１０から外部に出力させる記憶手段９を設けた。【選択図】図１
2007114006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力信号又は出力信号間の差分信号のいずれかがしきい値を跨いだときに、磁場の変化がいずれかの磁気センサ又は磁気センサ間を通過した２つの異なるタイミングを示すパルスをそれぞれ発生させるタイミング検出手段と、上記２つのパルスと共に当該磁気式運動センサのステータスを知らせるステータス信号を外部に出力する通信手段とを備えた磁気式運動センサにおいて、上記磁場変化の通過速度を演算する演算手段と、その通過速度が所定値を上回ったとき上記ステータスを上記通信手段からは外部に出力させずに記憶し、上記磁場変化の通過速度が所定値を下回ったとき上記記憶したステータスを取り出して上記通信手段から外部に出力させる記憶手段を設けたことを特徴とする磁気式運動センサ。
【請求項２】
上記通信手段は、上記磁場変化の通過速度が所定値を下回ったとき上記記憶手段から取り出したステータス（以下、過去のステータスという）と共に現在のステータスを外部に出力することを特徴とする請求項１記載の磁気式運動センサ。
【請求項３】
上記通信手段は、外部に出力する過去のステータスと現在のステータスを区別する符号を過去・現在のいずれかのステータスに付加することを特徴とする請求項２記載の磁気式運動センサ。
【請求項４】
上記記憶手段は、ステータスが異常値のときのみステータスを記憶することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の磁気式運動センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータと組み合わせて回転センサに使用される磁気式運動センサに係り、高速時のステータスが後処理で出力できる磁気式運動センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の回転を非接触で検出する回転センサとして、回転体と共に回転する磁性体による磁場の変化を磁気センサで検出して回転に伴うパルス信号を出力する方式の回転センサがある。
【０００３】
図４、図５に示した回転センサは、いずれも自動車のブレーキ制御システムであるＡＢＳにおいて、タイヤの回転を検出するために設けられた回転センサである。
【０００４】
図４の回転センサでは、磁性体からなる歯車（ロータ）２０１がタイヤの回転軸に取り付けられ、このロータ２０１の径方向外方にホール素子２０２を有するホールＩＣ２０３が設置されている。ホールＩＣ２０３は片面のホール素子２０２をロータ２０１の歯（ロータ歯）２０４と対向するように配置され、そのホールＩＣ２０３の反対面に磁石（以下、背面磁石と言う）２０５が設置されている。背面磁石２０５からロータ２０１に向かう磁束は、ホールＩＣ２０３がロータ歯２０４に直面しているときには集中してホール素子２０２を通過し、ホールＩＣ２０３がロータ歯間の谷に面しているときには分散してしまうので、ホール素子２０２は磁場の強弱変化を検出することができる。ホールＩＣ２０３は、この磁場の変化（ホール素子の出力信号）をホールＩＣ内部の回路において二値信号であるパルスに変換して出力する。このパルスの幅や周期からロータ歯の通過速度を検出すれば、回転軸の回転角速度あるいは回転数を求めることができる。
【０００５】
図５の回転センサでは、周囲に複数の磁石２１１を極性が交互となるように配置した回転円盤（ロータ）２１２がタイヤの回転軸に取り付けられ、このロータ２１２に臨ませてホール素子２１３を有するホールＩＣ２１４が設置されている。ホールＩＣ２１４は片面のホール素子２１３をロータ２１２の磁石（これは便宜的にロータ歯と言う）２１１と対向するように配置されている。ホールＩＣ２１４がロータ歯２１１に直面しているときにはロータ歯２１１からの磁束がホール素子２１３を通過し、ホールＩＣ２１４がロータ歯間に面しているときにはロータ歯２１１からの磁束がホール素子２１３を通過しないので、図４の回転センサと同様に、ホール素子２１３から磁場変化信号を得て、ホールＩＣ２１４からパルスの出力を取り出すことができる。
【０００６】
本明細書では、これらの回転センサのうちホールＩＣのパーツを、磁場の変化が空間的に移動して生じたことを検出する磁気式運動センサとして取り扱う。
【０００７】
図４、図５で述べた回転センサには下記のような問題がある。
【０００８】
（１）ロータ歯は、その加工精度に依存して寸法（高さ、円周方向の幅、厚さ、ピッチ）のばらつきがある。このため、ロータが一定速度で回転していても、ホールＩＣからパルスの出力はパルス幅やパルス周期にばらつきが発生する。このため個々のロータ歯の通過速度を高精度に検出することができない。
【０００９】
（２）ロータが所望の方向（これを正方向とする）に回転するときも、反対方向に回転するときも、ホールＩＣは同じようなパルスを出力する。このため、回転方向を検出することができない。
【００１０】
（３）ホールＩＣは磁界の強さを検出する。磁界の強さは、ロータ歯とホールＩＣとの間のギャップの大きさに依存する。ギャップの大きさによってはロータ歯による磁場の変化を検知できないことがある。しかし、ホールＩＣを設置したときに、ギャップの大きさが適切かどうか知る手段がない。
【００１１】
（４）図４の方式では、磁石の設置位置や特性の違いにより、ホールＩＣが検出する磁界の強さに違いが生じる。しかし、磁石を設置したときに、磁界の強さの違いを知る手段がない。
【００１２】
（５）ホールＩＣから出力されるパルスのパルス幅は、ホールＩＣが検出した磁界の強さに対してしきい値を適用して二値化が行われるため、ロータ歯とホールＩＣとの間のギャップの大きさに依存する。つまり、ロータの回転速度が同じでも、ホールＩＣの設置位置によって、パルス幅が狭かったり広かったりする。このことはホールＩＣからの出力を受け取る後段の装置における回転速度及び加速度に係る処理を困難にする。
【００１３】
（６）自動車に限らず回転検出が適用される対象物においては、電磁的な要因（点火、モータ駆動など）によるノイズあるいは機械的な要因（ギャップのぶれ）によるノイズが生じることがあり、これらのノイズが回転検出や上位機器との通信に悪影響する。
【００１４】
（７）ホール素子の出力信号を単に二値化すると、ロータ歯の凹凸形状に類似したパルス列が得られる。しかし、比較的低速回転の場合はパルス幅やパルス間隔が長くなるため、後段の装置において回転を検出するための待ち時間が長くなる。さらに、著しく低速回転もしくは停止の場合にはパルスが得られず、後段の装置においてホール素子の活性・不活性さえ判別できない。
【００１５】
これらの課題を解決し、信頼性の高い磁気式運動センサを提供することを目的として、本出願人は、先に特願２００４−２４７１２６（以下、先願という）を出願している。
【００１６】
先願の磁気式運動センサは、磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた２つ又は３つの磁気センサを備える。磁気センサの出力信号がしきい値を跨いだときは、磁場の変化が磁気センサを通過したタイミングと考えることができる。２つの磁気センサの出力信号間の差分信号がしきい値を跨いだときは、磁場の変化が磁気センサ間を通過したタイミングと考えることができる。従って、上記磁気式運動センサは、これら２つ又は３つの磁気センサの出力信号又は出力信号間の差分信号のうち適宜な２つを用い、２つの信号がしきい値を跨いだとき磁場の変化が２つの異なる磁気センサ又は磁気センサ間を通過したタイミングを示すパルスをそれぞれ発生させるタイミング検出手段を備える。
【００１７】
さらに、上記磁気式運動センサは、自己診断機能を備え、上記２つのパルスと共に自己診断機能で検出した当該磁気式運動センサのステータスを知らせるステータス信号を外部に出力する通信手段を備える。
【００１８】
先願の磁気式運動センサの回路の一例を図６に示す。
【００１９】
図示のように、磁気式運動センサの回路は、外部からの電源ＶＤＤ−ＧＮＤをもとに内部電源を供給する保護回路兼定電源部１と、その内部電源の電圧を監視する電圧監視部２と、磁気センサに駆動電力を与えるセンサ駆動手段３と、回転センサを構成するべく図４あるいは図５のようにロータ歯に臨ませて設置されたホール素子からなる３つの磁気センサａ，ｂ，ｃと、これら磁気センサａ，ｂ，ｃの出力信号のうち１つ以上を用いて他の出力信号を温度補償した出力信号に修正する温度補償部４と、磁気センサａ，ｂ間の差分信号及び磁気センサｂ，ｃ間の差分信号を取り出す２つの差分手段５，５と、これら差分信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６と、サンプリングや時間計測のための基準クロックを生成する発振回路７と、サンプリングされたデータに基づいて各種の演算を行う演算手段８と、演算手段８が生成した出力パルスやステータス信号を外部へ出力する通信手段１０とを備える。
【００２０】
演算手段８は、先願の磁気式運動センサのタイミング検出手段及びステータス生成手段を構成するものである。
【００２１】
通信手段１０は、信号ラインから複数種類の信号を出力する。その典型的な出力波形を図７に示す。外部への出力信号は、出力パルスＰ１，Ｐ２とステータス信号Ｓとからなる。図示のように、１つのロータ歯の通過に対して、波高値の異なる２種類の出力パルスＰ１，Ｐ２が時間を隔てて得られる。また、波高値の低い出力パルスが必ず先に出るようになっている。これら出力パルスＰ１，Ｐ２は、ロータ歯の通過に伴う磁場の変化が１つの磁気センサを通過した、あるいは２つの磁気センサ間を通過したタイミングを示すものである。図６の回路構成であるならば、磁気センサａ，ｂ間及び磁気センサｂ，ｃ間をそれぞれロータ歯が通過したときに、これらの出力パルスＰ１，Ｐ２が得られる。従って、図示のように、通信手段１０の信号ラインには、自然数ｉ番目のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１，Ｐ２が得られた後、ｉ＋１番目のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１，Ｐ２が得られる。ｉ番目のロータ歯の通過に基づくステータス信号Ｓは、ｉ番目のロータ歯の通過に基づく波高値の高い出力パルスＰ２の後に出力される。ステータス信号Ｓは、複数のビットからなるシリアルデータである。
【００２２】
ステータス信号を構成する各ビットの個数は任意であるが、図８には１１ビットの場合を示してある。ステータスは、ステータス番号０から順に、「磁力線警報」、「磁力線強度」、予備、「方向信号有効」、「回転方向」、「ギャップ０」、「ギャップ１」、「ギャップ２」、「温度０」、「温度１」、予備、パリティからなる。
【００２３】
ステータス信号Ｓは、あるロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ２と次のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１の間に出力される。しかし、ロータの回転が高速になるにつれ、出力パルスＰ２と出力パルスＰ１との時間間隔が短くなる。このことは、当該磁気式運動センサにおけるステータス信号の生成の処理時間が制約されるということであるため、演算手段８では、通信モードの選択を行う。図９（ａ）は、横軸に回転数をとり、縦軸に通信モード種別を示したものである。回転数はロータ歯の通過速度と比例するので、横軸はロータ歯の通過速度と読み替えてもよい。図９（ｂ）、図９（ｃ）はそれぞれ高速モード、低速モードにおける出力信号パターンを表している。
【００２４】
図９（ｂ）の高速モードでは、出力パルスＰ１，Ｐ２のみが出力され、ステータス信号Ｓは出力されない。これに対し、図９（ｃ）の低速モードでは、出力パルスＰ２のみ（Ｐ１とＰ２でもよい）とステータス信号Ｓがともに出力されている。出力パルスＰ２の時間幅は、後述のように固定値であるが、ステータス信号Ｓの送信開始と出力パルスＰ２の立ち下がりとの時間間隔も、例えば上記の固定値とする。ステータス信号Ｓの構成は、前述のように例えば図８の１１ビットであるが、それぞれのビットのパルス幅及び隣接するパルスの間隔も通信時の調歩同期の容易さを考慮して、上記の固定値であってもよい。また、各ビットを例えば、スプリットフェース変調等してもよい。
【００２５】
図９（ａ）に示されるように、低速モードであるとした場合、回転数が所定値ｒｍｓＳを跨いで大きくなり、所定値ｒｍｓＳより大きい所定値ｒｍｓＨに達したときに、高速モードが選択される。逆に、回転数が所定値ｒｍｓＳを跨いで小さくなり、所定値ｒｍｓＳより小さい所定値ｒｍｓＬに達したとき低速モードが選択される。所定値ｒｍｓＬと所定値ｒｍｓＨに挟まれた範囲では、それ以前の通信モードが維持される。つまり、通信モードの切替にはヒステリシスが与えられている。このヒステリシスにより、回転数が所定値ｒｍｓＳの上下を小さく遷移しても通信モードが頻繁に切り替わることが防止される。
【００２６】
【特許文献１】特開平７−２０９３１１号公報
【特許文献２】特開平８−１１０３４８号公報
【特許文献３】特開２０００−１８７０３９号公報
【特許文献４】特開２００１−４４０１号公報
【特許文献５】特開２００１−１６５９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
前述のように、先願の磁気式運動センサにおいては、低速モードでステータス信号Ｓを出力し、高速モードではステータス信号Ｓを出力しない。しかし、外部の上位機器では、磁気式運動センサから受け取ったステータス信号Ｓでもって、磁気式運動センサのステータスを認識する。従って、磁気式運動センサがステータス信号Ｓを出力しない高速モードになると、ステータスが外部から認識できなくなる。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高速時のステータスが後処理で出力できる磁気式運動センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するために本発明は、磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力信号又は出力信号間の差分信号のいずれかがしきい値を跨いだときに、磁場の変化がいずれかの磁気センサ又は磁気センサ間を通過した２つの異なるタイミングを示すパルスをそれぞれ発生させるタイミング検出手段と、上記２つのパルスと共に当該磁気式運動センサのステータスを知らせるステータス信号を外部に出力する通信手段とを備えた磁気式運動センサにおいて、上記磁場変化の通過速度を演算する演算手段と、その通過速度が所定値を上回ったとき上記ステータスを上記通信手段からは外部に出力させずに記憶し、上記磁場変化の通過速度が所定値を下回ったとき上記記憶したステータスを取り出して上記通信手段から外部に出力させる記憶手段を設けたものである。
【００３０】
上記通信手段は、上記磁場変化の通過速度が所定値を下回ったとき上記記憶手段から取り出したステータス（以下、過去のステータスという）と共に現在のステータスを外部に出力してもよい。
【００３１】
上記通信手段は、外部に出力する過去のステータスと現在のステータスを区別する符号を過去・現在のいずれかのステータスに付加してもよい。
【００３２】
上記記憶手段は、ステータスが異常値のときのみステータスを記憶してもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３４】
（１）高速時のステータスが後処理で出力できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３６】
本発明に係る磁気式運動センサ（符号は図１参照）は、磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた複数の磁気センサａ，ｂ，ｃと、これら磁気センサの出力信号又は出力信号間の差分信号のいずれかがしきい値を跨いだときに、磁場の変化がいずれかの磁気センサ又は磁気センサ間を通過した２つの異なるタイミングを示すパルスをそれぞれ発生させるタイミング検出手段（演算手段８に含まれる）と、上記２つのパルスと共に当該磁気式運動センサのステータスを知らせるステータス信号を外部に出力する通信手段１０とを備えた磁気式運動センサにおいて、上記磁場変化の通過速度を演算する演算手段８と、その通過速度が所定値を上回ったとき上記ステータスを上記通信手段１０からは外部に出力させずに記憶し、上記磁場変化の通過速度が所定値を下回ったとき上記記憶したステータスを取り出して上記通信手段１０から外部に出力させる記憶手段９を設けたものである。
【００３７】
先願の図６と同様に回転センサに応用する場合の本発明に係る磁気式運動センサの回路構成を図１に示す。
【００３８】
図示されるように、本発明に係る磁気式運動センサの回路は、外部からの電源ＶＤＤ−ＧＮＤをもとに内部電源を供給する保護回路兼定電源部１と、その内部電源の電圧を監視する電圧監視部２と、磁気センサに駆動電力を与えるセンサ駆動手段３と、回転センサを構成するべく図４あるいは図５のようにロータ歯に臨ませて設置されたホール素子からなる３つの磁気センサａ，ｂ，ｃと、これら磁気センサａ，ｂ，ｃの出力信号のうち１つ以上を用いて他の出力信号を温度補償した出力信号に修正する温度補償部４と、磁気センサａ，ｂ間の差分信号及び磁気センサｂ，ｃ間の差分信号を取り出す２つの差分手段５，５と、これら差分信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６と、サンプリングや時間計測のための基準クロックを生成する発振回路７と、サンプリングされたデータに基づいて各種の演算を行うと共に磁場変化の通過速度（ロータ歯の通過速度、回転数でも可）を演算する演算手段８と、ステータスを記憶する記憶手段９と、演算手段８が生成した出力パルスやステータス信号を外部へ出力する通信手段１０とを備える。
【００３９】
図６の回路と比較すると、図１の回路には、記憶手段９が追加されると共に、演算手段８がステータスを記憶するか出力するか判断するために磁場変化の通過速度を演算する。ただし、図６の回路においても、演算手段８は高速モードと低速モードの判定をしており、この実施形態では、これをそのまま利用し、高速モードではステータスを記憶し、低速モードではその記憶したステータスを読み出して出力する。
【００４０】
なお、本発明の磁気式運動センサは、それ単体では磁場変化の通過速度を演算することしかできないが、ロータと組み合わせたときそのロータの情報（歯数、径あるいは周長など）を取得・記憶しておけば、パルスレートをロータの回転数（または回転速度）に換算して出力することができ、自動車に組み込んだときその自動車の情報（タイヤ径あるいは周長）を取得・記憶しておけば、車速を出力することができる。
【００４１】
図２に本発明のステータス出力に関する処理の流れを示す。ステップＳ１は、ロータの回転数（回転速度）を計算し、その回転数が所定値を超えたら高速モード、回転数が所定値以下になったら低速モードにモードを切り替える。低速モード時には、ステップＳ２において、記憶手段９から記憶してあるステータスを読み出して、定時リポートという形態で出力する。高速モード時には、ステップＳ３において、現在のステータスをチェックし、そのステータス内容に異常を示す値が含まれているかどうか調べる。全てのステータスが正常値であるならば、何もしない。１つ以上のステータスが異常値であるならば、ステップＳ４において、これらのステータスを記憶手段９に記憶する。
【００４２】
定時リポートには、記憶していた過去のステータスと、現在のステータスとを両方出力すると好ましい。その結果として、定時リポートに含まれる現在のステータスは低速モード時におけるステータスであり、過去のステータスは高速モード時におけるステータスということになる。
【００４３】
図２の流れによると、低速モード時にはステータスの記憶は行わず、高速モード時のみステータスの記憶を行うので、記憶手段９には高速モードになってからその高速モードが終了するまでのステータスが記憶され、低速モード時のステータスは記憶されない。これにより、記憶手段９の記憶容量が節約される。さらに、本実施形態では、ステップＳ３でステータスが正常値であるならばそのステータスは記憶しないようにしたので、ステップＳ４で記憶した異常値を含むステータスのみが記憶手段９に記憶され、正常値のステータスは記憶されず、記憶手段９の記憶容量がいっそう節約される。
【００４４】
図３に示されるように、ステータスは、ステータス番号０から順に、「磁力線警報」、「磁力線強度」、予備、「方向信号有効」、「回転方向」、「ギャップ０」、「ギャップ１」、「ギャップ２」、「温度０」、「温度１」、「高速時警報」、パリティからなる。「高速時警報」以外は既に図８で説明したものである。
【００４５】
このように本実施形態では、図８のステータスで予備にしていた１０番に「高速時警報」を割り付けた。「高速時警報」に値“１”が格納されていると、高速モード時に異常値のステータスが発生したという意味になる。逆に、「高速時警報」に値“０”が格納されていると、高速モード時には異常値のステータスが発生しなかったという意味になる。
【００４６】
高速モード時の情報をより詳しくするには、ステータス信号のビット数を増やし、高速モード時の詳しくしたい項目を割り当てればよい。例えば、図３のステータス信号は、「高速時警報」に値“１”が格納されていれば、高速時に何らかのステータスが発生したことが伝達できるが、そのステータスの発生原因は伝達することができない。
【００４７】
ステータスのビットを増やした例として、図１０、図１１にステータス信号を示す。
【００４８】
図１０のステータス信号は、１１番、１２番のビットに「高速時磁力線警報」、「高速時磁力線強度」を割り当てている。例えば、「高速時警報」に値“１”が格納され、１１番又は１２番のビットに異常を示す値が格納されていれば、そのビットに該当するステータス異常が高速時に発生したことを表し、１１番及び１２番のビットに正常を示す値が格納されていれば、１１番又は１２番のビットには該当しないステータス異常が高速時に発生したことを表している。
【００４９】
図１１のステータス信号は、１１番〜１３番のビットに「高速時ギャップ０」〜「高速時ギャップ２」を割り当て、１４番及び１５番のビットに「高速時温度０」と「高速時温度１」を割り当てて、２ビットないし３ビットの数値が格納できるようにしている。例えば、「高速時警報」に値“１”が格納され、これらの数値欄に異常となる数値が格納されていれば、その数値によるステータス異常が高速時に発生したことを表している。
【００５０】
以上説明したように、本発明に係る磁気式運動センサは、高速モードになってステータス信号が出力できないときは、ステータスを記憶しておき、低速モードの時に後処理として、その記憶したステータスを読み出してステータス信号を出力するので、外部の上位機器は過去の高速時のステータスを知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態を示す磁気式運動センサを回転センサに応用した場合の回路構成図である。
【図２】本発明のステータス出力に関する処理の流れ図である。
【図３】本発明におけるステータス信号の構成図である。
【図４】磁気式運動センサによる回転センサの原理的構造図である。
【図５】磁気式運動センサによる回転センサの原理的構造図である。
【図６】本出願人が提案している磁気式運動センサを回転センサに応用した場合の回路構成図である。
【図７】磁気式運動センサによる回転センサの出力信号の波形図である。
【図８】図６の回路構成におけるステータス信号の構成図である。
【図９】（ａ）は図６の回路構成における通信モード遷移図、（ｂ）は高速モード時における外部への出力信号の波形図、（ｃ）は低速モード時における外部への出力信号の波形図である。
【図１０】本発明の他の実施形態におけるステータス信号の構成図である。
【図１１】本発明の他の実施形態におけるステータス信号の構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  保護回路兼定電源部
２  電圧監視部
３  センサ駆動手段
４  温度補償部
５  差分手段
６  Ａ／Ｄ変換器
７  発振回路
８  演算手段
９  記憶手段
１０  通信手段
【図１】
2007114006.tif 000003
【図２】
2007114006.tif 000004
【図３】
2007114006.tif 000005
【図４】
2007114006.tif 000006
【図５】
2007114006.tif 000007
【図６】
2007114006.tif 000008
【図７】
2007114006.tif 000009
【図８】
2007114006.tif 000010
【図９】
2007114006.tif 000011
【図１０】
2007114006.tif 000012
【図１１】
2007114006.tif 000013